JP2023158441A - Tank manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書は、タンクを製造するためのタンク製造方法を開示する。 This specification discloses a tank manufacturing method for manufacturing a tank.
特許文献1には、タンク製造方法が開示されている。当該タンク製造方法は、ライナと繊維層とを含むプリフォームを金型に設置する工程と、第1の樹脂組成物を繊維層に供給する工程と、第1の樹脂組成物の供給後に、上型を下型から所定の距離だけ離し、金型を除荷状態に変更する工程と、金型を除荷状態に変更した後に、第2の樹脂組成物を繊維層に供給する工程と、第2の樹脂組成物の供給後に、上型を下型に近づけて、金型を締め付け状態に変更する工程と、を含む。 Patent Document 1 discloses a tank manufacturing method. The tank manufacturing method includes a step of installing a preform including a liner and a fiber layer in a mold, a step of supplying a first resin composition to the fiber layer, and a step of supplying a first resin composition to the fiber layer. a step of separating the mold from a lower mold by a predetermined distance and changing the mold to an unloaded state; a step of supplying a second resin composition to the fiber layer after changing the mold to an unloaded state; After supplying the resin composition No. 2, the method includes the step of bringing the upper mold closer to the lower mold and changing the mold to a tightened state.
本明細書では、タンクの完成品の外観品質が低下することを抑制するための技術を提供する。 This specification provides a technique for suppressing deterioration in the appearance quality of a finished tank product.
本明細書で開示するタンク製造方法は、中空部材と、前記中空部材の外面に形成された繊維層と、を含むタンク部材を金型内に配置する配置工程と、前記配置工程の後に、前記金型の内面と前記タンク部材の外面の間に前記繊維層に含浸される第1の樹脂を注入する第1の注入工程であって、前記第1の樹脂は、硬化剤を含む、前記第1の注入工程と、前記第1の注入工程の後において、前記金型の内面と前記タンク部材の外面の間の圧力がピーク値に達して、前記圧力が前記ピーク値から低下したタイミングで、前記金型の上型を前記金型の下型から所定の距離だけ離す離間工程と、前記離間工程の後に、前記金型の内面と前記タンク部材の外面の間に塗料を含む第2の樹脂を注入する第2の注入工程と、前記第2の注入工程の後に、前記下型に対して前記上型を押し付ける押し付け工程と、を備える。 The tank manufacturing method disclosed in this specification includes an arrangement step of arranging a tank member including a hollow member and a fiber layer formed on the outer surface of the hollow member in a mold, and after the arrangement step, the a first injection step of injecting a first resin to be impregnated into the fiber layer between an inner surface of a mold and an outer surface of the tank member, the first resin containing a curing agent; 1 injection step and after the first injection step, the pressure between the inner surface of the mold and the outer surface of the tank member reaches a peak value, and at a timing when the pressure decreases from the peak value, a separating step of separating the upper mold of the mold from the lower mold of the mold by a predetermined distance, and after the separating step, a second resin containing a paint between the inner surface of the mold and the outer surface of the tank member. and a pressing step of pressing the upper mold against the lower mold after the second injection step.
第1の樹脂の硬化が開始する前に第2の樹脂が第1の樹脂に混じると、色むら、ボイド等が第2の樹脂の表面に発生する可能性がある。色むら、ボイド等は、タンクの完成品の外観品質の低下の原因となる。発明者は、金型の内面とタンク部材の外面の間の圧力がピークに達して、当該圧力がピーク値から低下したタイミングが、第1の樹脂の硬化が開始したタイミングであることを発見した。上記の構成によれば、第1の樹脂の硬化が開始したタイミングで、離間工程が実行されて金型の内面とタンク部材の外面の間に第2の樹脂が注入される。第2の樹脂が硬化前の第1の樹脂に混じることが抑制され、タンクの完成品の外観品質が低下することを抑制することができる。 If the second resin is mixed with the first resin before the first resin starts curing, color unevenness, voids, etc. may occur on the surface of the second resin. Uneven coloring, voids, etc. cause deterioration in the appearance quality of the finished tank product. The inventor discovered that the timing at which the pressure between the inner surface of the mold and the outer surface of the tank member reached a peak and the pressure decreased from the peak value was the timing at which curing of the first resin started. . According to the above configuration, at the timing when the first resin starts to harden, the separating step is executed and the second resin is injected between the inner surface of the mold and the outer surface of the tank member. Mixing of the second resin with the uncured first resin is suppressed, and deterioration in the appearance quality of the finished product of the tank can be suppressed.
前記第2の樹脂は、前記第1の樹脂に対する前記第2の樹脂の密着性を高める補強材を含んでもよい。 The second resin may include a reinforcing material that increases the adhesion of the second resin to the first resin.
上記の構成によれば、第1の樹脂に対する第2の樹脂の密着性が向上し、タンクの完成品の外観品質の低下をさらに抑制することができる。 According to the above configuration, the adhesion of the second resin to the first resin is improved, and it is possible to further suppress deterioration in the appearance quality of the finished product of the tank.
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be explained in the following "Detailed Description of the Invention".
(タンク製造装置2の構成;図1)
タンク製造装置2は、樹脂をタンク部材10に含浸させて、燃料電池車用の高圧タンクを製造する装置である。タンク部材10は、高圧タンクの中間品である。タンク部材10は、中空部材12と、繊維層14と、を備える。繊維層14は、中空部材12の外面に繊維を巻き付けることによって形成される。繊維は、例えば、炭素繊維である。
(Configuration of tank manufacturing equipment 2; Figure 1)
The tank manufacturing device 2 is a device that impregnates a
タンク製造装置2は、金型26と、硬化剤タンク30と、ポンプ32と、第1の主剤タンク40と、第2の主剤タンク42と、切換え弁44と、ポンプ46と、混合器50と、を備える。金型26は、上型20と下型24とを備える。上型20と下型24が重なることにより、タンク部材10の外形に沿った空間が形成される。上型20の内面には、金型26内の圧力を計測するための圧力センサ22が設けられている。なお、圧力センサ22は、下型24の内面に設けられてもよく、また、複数個の圧力センサ22が、上型20の内面及び下型24の内面のうちの少なくとも一方に設けられてもよい。
The tank manufacturing apparatus 2 includes a
硬化剤タンク30は、硬化剤を貯蔵する。ポンプ32は、硬化剤タンク30内の硬化剤を混合器50に圧送する。ポンプ32は、硬化剤タンク30と混合器50との間の流路上に設置される。
The curing agent tank 30 stores a curing agent.
第1の主剤タンク40は、後述する第1の注入工程(図3のS4参照)において金型26に注入される第1の主剤を貯蔵する。第1の主剤は、例えば、エポキシ樹脂である。第1の主剤は、硬化剤と混ざり、両者の化学反応により硬化する。
The first
第2の主剤タンク42は、後述する第2の注入工程(図3のS8参照)において金型に注入される第2の主剤を貯蔵する。第2の主剤は、例えば、エポキシ樹脂である。第2の主剤は、塗料と、後述する補強材と、を含む。第2の主剤は、硬化剤と混ざり、両者の化学反応により硬化する。
The second
第1の主剤タンク40から延びる流路は、切換え弁44に接続されている。また、第2の主剤タンク42から延びる流路も、切換え弁44に接続されている。切換え弁44の状態は、第1の主剤タンク40から延びる流路がポンプ46に通ずる第1の状態と、第2の主剤タンク42から延びる流路がポンプ46に通ずる第2の状態と、のうちのいずれかに設定される。
A flow path extending from the first
ポンプ46は、第1の主剤タンク40内の第1の主剤又は第2の主剤タンク42内の第2の主剤を混合器50に圧送する。ポンプ46は、切換え弁44と混合器50との間の経路上に設置される。
The
混合器50は、硬化剤タンク30内の硬化剤を第1の主剤タンク40内の第1の主剤又は第2の主剤タンク42内の第2の主剤と混合する。混合器50は、混合後の材料(例えば第1の主剤と硬化剤の混合物)を金型26に圧送する。
The
(タンク製造方法;図2~図4)
図2を参照して、タンク製造装置2を制御して高圧タンクを製造するタンク製造方法について説明する。
(Tank manufacturing method; Figures 2 to 4)
A tank manufacturing method for manufacturing a high-pressure tank by controlling the tank manufacturing apparatus 2 will be described with reference to FIG. 2.
図3は、工程S2及び工程S4を示す。工程S2では、タンク部材10が金型26内に配置され、下型24に対して上型20を押し付ける型締めが実行される。その後、金型26内の空間(即ち金型26の内面とタンク部材10の外面との間の空間)を真空に近づけるための脱気が実行される。なお、各図面では、脱気を実行する装置の図示が省略されている。
FIG. 3 shows step S2 and step S4. In step S2, the
続く工程S4では、一次注入が実行される。一次注入では、切換え弁44の状態が第1の状態に設定され、硬化剤タンク30内の硬化剤と、第1の主剤タンク40内の第1の主剤と、が混合器50に圧送される。そして、混合後の材料、即ち、第1の主剤と硬化剤との混合物(以下では「第1の混合物」と記載)が金型26内に圧送される。第1の混合物は、金型26の内面とタンク部材10の外面の間を流れる。第1の混合物が硬化しながら、第1の混合物がタンク部材10の繊維層14に含浸する。所定の量の第1の混合物が注入されると一次注入は停止される。
In the following step S4, primary injection is performed. In the primary injection, the state of the
図2の右側には、中空部材12内の圧力の推移を示すグラフG1と、金型26内の圧力の推移を示すグラフG2と、が記載されている。グラフG1及びG2について、横軸が時間を示し、縦軸が圧力を示す。
On the right side of FIG. 2, a graph G1 showing the transition of the pressure inside the
タイミングt1は、一次注入が開始したタイミングを示す。グラフG1及びG2が示すように、一次注入の開始とともに、中空部材12内の圧力と金型26内の圧力が上昇する。一次注入では、中空部材12内の圧力と金型26内の圧力との間の差圧が制御される。
Timing t1 indicates the timing at which the primary injection started. As shown by graphs G1 and G2, the pressure within the
タイミングt2は、一次注入が停止したタイミングを示す。グラフG2が示すように、一次注入の停止とともに、金型26内の圧力は、一旦低下するものの、再び上昇する。その後、金型26内の圧力は、ピーク値に達して、タイミングt3にて、ピーク値から低下する。金型26内の圧力がピーク値から低下したタイミングt3は、圧力センサ22の測定値の推移を利用して検知される。
Timing t2 indicates the timing at which the primary injection is stopped. As graph G2 shows, when the primary injection is stopped, the pressure inside the
図4は、工程S6及びS8を示す。工程S6は、金型26内の圧力がピーク値から低下したタイミングt3が検知されることをトリガとして実行される。工程S6では、上型20が下型24からリフトアップされる。具体的には、上型20が下型24から所定の距離だけ離される。これにより、金型26の内面とタンク部材10の外面との間に所定の隙間が形成される。
FIG. 4 shows steps S6 and S8. Step S6 is executed using the detection of timing t3 at which the pressure within the
続く工程S8では、二次注入が実行される。二次注入では、切換え弁44の状態が第2の状態に設定され、硬化剤タンク30内の硬化剤と、第2の主剤タンク42内の第2の主剤と、が混合器50に圧送される。そして、混合後の材料、即ち、第2の主剤と硬化剤との混合物(以下では「第2の混合物」と記載)が金型26内に圧送される。第2の混合物は、金型26の内面とタンク部材10の外面の間を流れる。第2の混合物は、第1の混合物の周囲に塗布される。
In the following step S8, secondary injection is performed. In the secondary injection, the state of the switching
続く工程S10では、下型24に対して上型20を押し付けられる型締めが再び実行される。そして、工程S12では、所定の量の第2の混合物が注入されると二次注入が停止される。
In the following step S10, mold clamping in which the
なお、図示は省略するが、第2の混合物の硬化の終了後に、タンク部材10が金型26から取り出される。取り出されたタンク部材10の繊維層14には、硬化した第1の混合物が含浸されており、硬化した第1の混合物の周囲には、硬化した第2の混合物が塗装されている。図2のタンク製造方法により、高圧タンクが完成する。
Although not shown, the
発明者は、図2のグラフG2におけるタイミングt3(即ち金型26内の圧力がピーク値から低下したタイミング)が、第1の混合物の硬化が開始したタイミングであることを発見した。例えば、タイミングt3よりも前のタイミングにおいて工程S6及びS8を実行する比較例が想定される。この比較例では、第1の混合物の硬化が開始する前に第2の混合物が金型26に注入される。この場合、第2の混合物が硬化前の第1の樹脂に混じる可能性がある。第2の混合物と第1の混合物が混じると、色むら、ボイド等が第2の混合物の表面に発生した状態で、第2の混合物が硬化する可能性がある。色むら、ボイド等は、完成品である高圧タンクの外観品質の低下の原因となる。
The inventor discovered that timing t3 in graph G2 of FIG. 2 (that is, the timing at which the pressure within the
本実施例の構成によれば、第1の混合物の硬化が開始したタイミングt3において、リフトアップ及び二次注入が実行される(S6及びS8)。第2の混合物が硬化前の第1の混合物に混じることが抑制され、高圧タンクの外観品質が低下することを抑制することができる。 According to the configuration of this embodiment, lift-up and secondary injection are performed at timing t3 when curing of the first mixture starts (S6 and S8). Mixing of the second mixture with the first mixture before curing is suppressed, and deterioration of the appearance quality of the high-pressure tank can be suppressed.
(補強材の効果;図5)
第2の主剤は、第1の混合物に対する第2の混合物の密着性を高めるための補強材を含む。補強材は、例えば、ガラスマイクロバルーンである。図5に示すように、工程S8の二次注入において、硬化を開始した第1の混合物100の外面に第2の混合物110が塗布される。ここで、硬化を開始した第1の混合物100の外面には、ボイド102が発生する。第2の混合物110の塗布が進むにつれて、第2の混合物110内の補強材112が、ボイド102内に侵入する。補強材112がボイド102内に侵入した状態において、第2の混合物110が硬化する。ボイド102に対して補強材112がアンカー効果を発揮し、第1の混合物に対する第2の混合物の密着性が高まる。これにより、高圧タンクの外観品質の低下をさらに抑制することができる。
(Effect of reinforcing material; Figure 5)
The second base material includes a reinforcing material for increasing the adhesion of the second mixture to the first mixture. The reinforcing material is, for example, a glass microballoon. As shown in FIG. 5, in the secondary injection in step S8, the
また、補強材112の表面には、カーボン、銀等の導電性材料がコーティングされている。これにより、プライマーを別途に塗布することが不要となる。なお、変形例では、補強材112の表面は導電性材料でコーティングされていなくてもよい。
Further, the surface of the reinforcing
(対応関係)
中空部材12、繊維層14、タンク部材10が、それぞれ、「中空部材」、「繊維層」、「タンク部材」の一例である。金型26が、「金型」の一例である。第1の混合物100、第2の混合物110、補強材112が、それぞれ、「第1の樹脂」、「第2の樹脂」、「補強材」の一例である。図2のタンク製造方法が、「タンク製造方法」の一例である。S2、S4、S6、S8、S10が、それぞれ、「配置工程」、「第1の注入工程」、「離間工程」、「第2の注入工程」、「押し付け工程」の一例である。図2のタイミングt3が、「タイミング」の一例である。
(correspondence)
The
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。第2の混合物110は、補強材112を含まなくてもよい。
Hereinafter, points to note regarding the technology shown in the examples will be described.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely illustrative and do not limit the scope of the claims. The techniques described in the claims include various modifications and changes to the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as filed. Furthermore, the techniques illustrated in this specification or the drawings can achieve multiple objectives simultaneously, and achieving one of the objectives has technical utility in itself.
2 :タンク製造装置
10 :タンク部材
12 :中空部材
14 :繊維層
20 :上型
22 :圧力センサ
24 :下型
26 :金型
30 :硬化剤タンク
32 :ポンプ
40 :第1の主剤タンク
42 :第2の主剤タンク
44 :切換え弁
46 :ポンプ
50 :混合器
100 :第1の混合物
102 :ボイド
110 :第2の混合物
112 :補強材
G1、G2 :グラフ
t1、t2、t3 :タイミング
2: Tank manufacturing device 10: Tank member 12: Hollow member 14: Fiber layer 20: Upper mold 22: Pressure sensor 24: Lower mold 26: Mold 30: Curing agent tank 32: Pump 40: First base agent tank 42: Second base agent tank 44: Switching valve 46: Pump 50: Mixer 100: First mixture 102: Void 110: Second mixture 112: Reinforcement materials G1, G2: Graphs t1, t2, t3: Timing
Claims (2)
前記配置工程の後に、前記金型の内面と前記タンク部材の外面の間に前記繊維層に含浸される第1の樹脂を注入する第1の注入工程であって、前記第1の樹脂は、硬化剤を含む、前記第1の注入工程と、
前記第1の注入工程の後において、前記金型の内面と前記タンク部材の外面の間の圧力がピーク値に達して、前記圧力が前記ピーク値から低下したタイミングで、前記金型の上型を前記金型の下型から所定の距離だけ離す離間工程と、
前記離間工程の後に、前記金型の内面と前記タンク部材の外面の間に塗料を含む第2の樹脂を注入する第2の注入工程と、
前記第2の注入工程の後に、前記下型に対して前記上型を押し付ける押し付け工程と、
を備える、タンク製造方法。 a step of arranging a tank member including a hollow member and a fiber layer formed on an outer surface of the hollow member in a mold;
After the placement step, a first injection step of injecting a first resin to be impregnated into the fiber layer between the inner surface of the mold and the outer surface of the tank member, the first resin comprising: the first injection step comprising a curing agent;
After the first injection step, when the pressure between the inner surface of the mold and the outer surface of the tank member reaches a peak value and the pressure decreases from the peak value, the upper mold of the mold is a separating step of separating the from the lower die of the mold by a predetermined distance;
After the separation step, a second injection step of injecting a second resin containing paint between the inner surface of the mold and the outer surface of the tank member;
a pressing step of pressing the upper mold against the lower mold after the second injection step;
A tank manufacturing method comprising:
The tank manufacturing method according to claim 1, wherein the second resin includes a reinforcing material that increases adhesion of the second resin to the first resin.
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